Tính tốn chọ nổ lăn - : TÍNH TỐN, THIẾT KẾ- 123docz.net

CHƯƠNG 2 : TÍNH TỐN, THIẾT KẾ

2.6 Tính tốn chọ nổ lăn

Các phần tử trong hộp số đều chuyển động quay tròn cho nên các thiết kế một số ổ lăn để đáp ứng chuyển động của các phần tử trong hộp số

Các bánh răng hành tình được lắp đặt ổ lăn cỡ nhỏ có kí hiệu 6900 với các thơng số sau: + d = 10mm + D = 22mm + t = 6mm + Cr = 1950N + Cro = 750N

Bánh răng mặt bao số 3 được lắp ổ lăn cỡ lớn có kí hiệu 6920 với các thơng số sau: + d = 100mm

+ D = 140mm + t = 20mm + Cr = 42,3KN + Cro = 41,5KN

Trục sơ cấp và thức cấp được lắp đặt ổ lăn cỡ trung có kí hiệu 6806 với các thơng số như sau: + d = 30mm + D = 42mm + t = 7mm + Cr = 4490N + Cro = 2900N

Bánh răng mặt trời số 3 được lắp đặt ở lăn cỡ trung có kí hiệu 6010 với các thông số sau:

+ d = 50mm + D = 60mm

18 + t = 16mm + Cr = 21,6KN + Cro = 16KN Giải thích kí hiệu: + d: Đường kính trong (mm) + D: Đường kính ngồi (mm) + t: Độ dày (mm) + Cr: Tải động cơ bản (N) + Cro: Tải tĩnh cơ bản (N)

2.7 Thiết kế cơ cấu phanh li hợp và đường truyền moment

Hộp số tự động sử dụng các bộ phanh như phanh dải, phanh đĩa ma sát khơ hay ướt để đóng các cơ cấu hành tinh để thực hiện các tay số khác nhau. Do thực tế làm việc không cho phép sử dụng các thiết bị đó nên nhóm chúng em tiến hành thiết kế lại một hệ thống phù hợp với điều kiên làm việc.

2.7.1 Cơ cấu phanh ly hợp

Việc điều khiển hoạt động của các motor step giúp cho hệ thống xilanh hoạt động chuyển động ra vào, từ đó ép các má phanh vào các đĩa ly hợp.

2.7.2 Cơ cấu truyền động moment từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp

Hình 2.6: Cơ cấu truyền động moment từ trực sơ cấp sang thứ cấp

2.8 Thiết kế hệ thống dẫn động, cơ cấu nhơng xích và một số linh kiện phụ trợ

Hộp số tự động hoạt động bằng tốc độ quay của hộp số và thông qua biến mô thủy lực để truyền công suất từ động cơ qua hộp số. Do khơng sử dụng biên mơ và mơ hình là mơ hình tĩnh nên cần thiết kế một hệ thống dẫn động để hộp số hoạt động.

2.8.1 Dẫn động bằng máy nén khí

Hình 2.7: Sơ đồ máy nén khí

Do mơ hình có kích thước khơng q lớn và hoạt động với vận tốc vừa phải cho nên sử dụng máy nén khí tốn nhiều chi phí và thừa cơng suất cần sử dụng.

Phương pháp này sử dụng một máy nén khí ban đầu thơng qua hệ thống ống hơi và thông qua động cơ cách quạt để tạo chuyển động cho hộp số.

Cơ cấu này bao gồm: 1: Máy nén khí 2: Ống dẫn khí nén 3 : Động cơ khí nén 4: Hộp số

2.8.2 Sử dụng động cơ xe máy

Đây là phương án có thể điều khiển tốc độ biến mơ một cạc linh hoạt nhưng có nhược điểm là:

+ Việc điều khiển khó khăn do phải lắp thêm bình xăng và một số thiết bị khác đồng thời còn liên quan đến vấn đề tiếng ồn mơi trường.

Hình 2.8: Sơ đồ lắp đặt động cơ xe máy

Phương án dẫn động này bao gồm một động cơ xe máy có lắp thêm bình nhiên liệu tạo truyền động cho hộp số thông qua một bộ bánh răng và xích tải

Phương án này bao gồm: 1: Động cơ xe máy 2: Hộp số

2.8.3 Sử dụng máy cắt kim loại

Hình 2.9: Sơ đồ lắp đặt máy cắt kim loại

Phương án này tiếu tốn nhiều kinh phí do giá thành máy cắt kim loại rất cao, và không thể linh hoạt điều chỉnh tốc độ vòng quay.

Phương án sử dụng một máy cắt kim loại để tạo mô men thông qua bộ biến áp và động cơ khí nén để truyền dẫn động cho hộp số.

22 Phương án này bao gồm

1: Máy cắt kim loại 2: Hộp số

2.8.4 Sử dụng motor điện

Hình 2.9: Sơ đồ lắp đặt motor điện

Sử dụng một motor điện 12V cấp nguồn bằng một mạch nguồn biến áp 12VDC truyền chuyển động quay cho hộp số thơng qua bộ bánh răng và xích tải.

Phương án sử dụng motor điện là phù hợp nhất với yêu cầu đặt ra: + Nhỏ, gọn không gây nặng nề

+ Có thể hiệu chỉnh tốc độ vòng quay + Giá thành vừa phải

Hệ thống này bao gồm: 1: Nguồn 12V,5A 2: Motor điện 12V 3: Hộp số

=> Nhận thấy phương án sử dụng motor điện là đáp ứng được các nhu cầu đề ra nên nhóm em sử dụng phương án trên để tiến hành.

2.8.5 Cơ cấu nhơng xích dẫn động và một số linh kiện phụ trợ

Hình 2.10: Nhơng A40-34 răng

Hình 2.12: Xích 40

Mục đích sử dụng các thành phần trên là dùng để truyền dẫn động từ motor lên hộp số tự động khiến cho mơ hình hộp số có thể chuyển động được theo motor.

2.8.6 Một số linh kiện phụ trợ

Hình 2.13: Vích me T8 kèm đai ốc

Hình 2.15: Bánh xe Vslot

Hình 2.16: Áo thẻ nhớ Micro SD

Các phần tử trên được sử dụng vào việt thiết kế mơ hình hộp số tự động với các mục đích như sau:

+ Làm giá đỡ gắn motor

+ Làm pad kẹp các đĩa ma sát và đĩa ép với nhau + Kết nối bộ nhớ cho Arduino

Và một số tác vụ như: kết nối các thành phần gia cố, làm giá đỡ các thiết bị điện, thiết bị điều khiển .......

2.9 Xây dựng hệ thống điện và điều khiển

Để có thể đóng mở cơ cấu phanh ly hợp, truyền cơng suất từ trực sơ cấp sang thứ cấp và truyền chuyển động từ hệ thống dẫn động vào hộp số cần phải xây dựng một hệ thống điền điều khiển các linh kiện thực hiện các tác vụ trên

Các phần tử của hệ thống điện và hệ thống điều khiển và hệ thống dẫn động bao gồm những phần tử sau đây:

+ Nam châm điện lực hút 5N + Bảng mạch arduino uno R3

+ Driver mở rộng Arduino V3 +Motor step

+ Motor điện

+ Nhơng A40-34 răng, B40-12 răng, xích 40

Và một số dây điện nối dài và đinh vít khác.

Sơ đồ khối điều khiển của Arduino Nguồn

Arduino Uno R3 Driver mở rộng

Sau khi Arduino và Driver mở rộng nhận điện từ nguồn phát sẽ phát tín hiệu điều

khiển điều khiển nam châm điện và motor hoạt động các tác vụ đóng các bộ phanh li hợp và truyền moment từ trục sơ cấp sang thứ cấp. Arduino phát tín hiệu được nhờ vào một trình điều khiển được nạp dữ liệu vào mạch thơng qua thẻ nhớ SD

2.9.1 Thiết kế mạch nguồn ổn áp có điện áp đầu rà 12V,5A có bảo vệ dịng

Dựa vào các tiêu chuẩn kĩ thuật của khối nguồn như trên, ta lựa chọn phương pháp thiết kế cho từng khối của bộ nguồn và từ đó đưa ra sơ đồ nguyên lí của bộ nguồn.

Biến áp: do nguồn sử dụng lưới điện 220V 50HZ và điện áp ra là 12V DC 5A công suất cực đại 60Wnên ta sử dụng 1 biến áp có điện áp vào 220V và điện áp ra 15V dòng 5A.

Mạch chỉnh lưu vào bộ nguồn:

+ Do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu như điện áp ra ít nhấp nháy, điện áp ngược mà diot phải chịu nhỏ hơn so với phương pháp cân bằng nên ta sẽ chọn bộ chỉnh lưu cầu.

+Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều dập mạch Ur thu được khối chỉnh lưu thành điện áp một chiều ít nhấp nhơ hơn

+Với những đặc điểm của phương pháp lọc bằng tụ điện như tính đơn giản cũng như chất lượng lọc khá cao nên ở đây ta sử dụng phương pháp lọc này cho khối nguồn.

Khối bảo vệ dịng: có nhiệm vụ bảo vệ mạch trong trường hợp dịng vào tăng, ta sử dụng các tính chất của thrysistor, transistor, diode để tạo nên các khối bảo vệ dòng phù hợp.

Khối ổn áp: theo yêu cầu thiết kế mạch ổn áp có điện áp ra 12V-5A nên ta sử dụng một IC ổn áp thông dụng là LM 7812. Do LM7812 chỉ cho điện áp vào trong dải 14,5V -27V (với cách mắc thơng thường) và điện áp ra 12V, dịng ra 5.0 mA – 1.0A nên ta sử dụng thêm 1 transistor cơng suất để gánh dịng.

Hình 2.17: Sơ đồ khối mạch nguồn

* Các tiêu chuẩn của khối nguồn bao gồm: Điện áp: 220V/15V -5A AC-50HZ

Điện áp ra 12V DC Dòng điện áp ra tải 5A * ICLM 7812

Một số đặc điểm cơ bản thông số kĩ thuật của ICLM7812 như sau: + Vin = 35V

+Vout =12V + Isc =0.23A + Iout max =1A

Hình 2.18: Sơ đồ ngun lí mạch nguồn Nguyên lí làm việc của mạch nguồn sử dụng IC7812:

+ Nguồn 220V sau khi đưa vào biến áp sẽ trở thành điện áp xoay chiều 16VAC. + Nguồn điện sau khi biến áp đi qua cầu đi ốt chỉnh lưu thành dòng 1 chiều

16VDC.

+ Điện sau khi đã chỉnh lưu có dạng sóng cịn nhấp nhơ nên sử dụng tụ C1 để san

phẳng những nhấp nhơ đó.

+ IC7812 giữ cho điện áp ln ổn định ở mức 12V.

2.9.2 Tính tốn các linh kiện điện tử

Biến áp: sử dụng biến áp 220V/15V-5A để cung cấp nguồn mạch Khối chỉnh lưu và lọc nguồn

Hình 2.19: Sơ đồ khối chỉnh lưu lọc nguồn

Khi điện áp lưới có giá trị lớn nhất Umax =240V dòng lớn nhất đi qua diode là 5A Do đó ta lựa chọn cầu 6A

Điện áp sau chỉnh lưu Ui = 15√2 -1.4 = 19.8V

Sau khi qua khối chỉnh lưu cầu thì tụ lọc cũng phải đảm bảo chịu được điện áp lớn nhất là 24V.

Chọn tụ C1=1000uF/35V Led 1 báo điện áp đầu vào.

32 Khối bảo vệ dịng:

Hình 2.20: Sơ đồ khối bảo vệ dịng

Hình 2.21: Sơ đồ ngun lí khối bảo vệ dịng

Gọi dịng transistor là T1 và U1, UET2, UBT2 lần lượt là điện áp trên chân E và B của transistor T2, ta có :

U1 - Udiode = UET2

U1 - UR = U1 - Itải.R = UBT2 Ta có các trường hợp sau :

+ Khi Itải<Ibảo vệ -> UET2 < UBT2

Transistor T2 khóa, khối bảo vệ chưa hoạt động + Khi Itải>Ibảo vệ -> UET2 > UBT2

Transistor T2 thơng, có dịng vào kích thích thrysistor hoạt động, dịng vào qua R2 qua thrysistor về chân mass, đồng thời transistor T1 khóa, lúc này khơng có dịng cấp cho phần mạch sau khối bảo vệ nên tải và các linh kiện bảo vệ.

Tính tốn cho khối : Ta có : U1 - 𝑈𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 = 𝑈𝐸𝑇2 U1 - 𝑈𝑅3 = U1 - 𝑈𝑡ả𝑖 . R3= 𝑈𝐵𝑇2 + Để transistor T2 thơng thì 𝑈𝐸𝑇2 > 𝑈𝐵𝑇2 + Vậy 𝐼𝑡ả𝑖 .R3 > 0.7V R3 > 0.7 𝐼𝑡ả𝑖 = 0.7 5 =0.14 Ω Ta chọn R3 = 0.1 Ω , công suất trở là P = 𝐼2 . R -> 𝑃𝑅3=2.5W  Chọn trở phân áp R4=R5=3300 Ω

Khối điện áp lấy ra :

Hình 2.22: Khối điện áp lấy ra

Do dịng ra là 5A, ta sử dụng một transistor có khả năng chịu được dòng lớn hơn hoặc bằng 5A, ở đây ta sử dụng một transistor cơng suất Tip42C kéo dịng, vì dịng ra lớn nhất ở LM7812 là 1A .

Điện áp vào khối lấy điện áp ra là

34 = 15√2-1.4-0.7-0.1*5=18.6V

Do có thêm tản nhiệt IC có khả năng cho ra dịng ra là 1.5A Dòng IC qua transistor T3 là 3.5 A

Sụp áp trên transistor Tip42C khi hoạt động là U=3.1V R7 =𝑈2−12−𝑢

𝐼𝑐 =18.6−12−3.1

3.5 =1 Ω -> chọn R7 =1 Ω 20W Tụ C2 = 470uF / 16F

Dùng LED 2 để báo hiệu điện áp đầu ra. * Mạch Arduino Uno R3

Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng gồm một board mạch mã nguồn mở (thường gọi là vi điều khiển): có thể lập trình được.

Nói tới ứng dụng của Arduino phải kể tới một số lĩnh vực như sau:

+ Arduino làm Robot với khả năng độc những thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ…. Arduino giúp bộ xử lý trung tâm hoạt động nhiệm vụ của mình qua nhiều loại robot.

+ Game tương tác: Arduino sử dụng để tương tác với màn hình, Joystick,... khi chơi game như phá gạch, Mario, Tetris,...

+ Máy bay khơng có người lái.

+ Điều khiển đèn tín hiệu giao thơng, hiệu ứng đèn led nhấp nháy. + Làm máy in 3D.

35 + Thiết kế đàn bằng ánh sáng.

Hình 2.23: Mạch Arduino Uno R3

+ Arduno uno R3: là vi xử lí chính trong việc điều khiển các motor step, điều khiển tốc độ quay của motor.

* Driver Arduino mở rộng nano V3

Hình 2.24: Driver Arduino mở rộng nano V3

Driver arduino mở rộng nano V3.0 là bord mở rộng điều khiển các motor step điều khiển các hệ thống phanh đĩa li hợp.

36 * Động cơ motor step

Hình 2.25: Motor Step

Động cơ motorstep, điều khiển cơ cấu ép má phanh li hợp. * Nam châm điện lực hút 5N

Hình 2.26: Nam châm điện

Các nam châm điện, đóng vai trị quan trọng trong việc dẫn động moment truyền từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp.

Chương 3

THI CÔNG, LẮP ĐẶT VÀ THỰC NGHIỆM

3.1 Lựa chọn phương án thi công

3.1.1 In một khối sau đó tách ra từng chi tiết

Phương án thi công này tiến hành theo cách tách các phần tử có sự liên kết với nhau sau đó in một khối lớn rồi tách ra từng chi tiết nhỏ.

Để thực hiện phương án này địi hỏi cần phải có máy in 3D khổ lớn, địi hỏi nhiều nguyên liệu hơn.

Sau quá trình in buộc phải bóc tách các phần tử trong khối ra do chúng liên kết cứng không thể chuyển động được.

Tiêu tốn nhiều chi phí hơn vì sử dụng máy in3D khổ lớn hơn, tốn nhiều thời gian hơn, tốn nhiều nguyên liệu hơn.

Chi phí bị tăng lên rất nhiều do có thêm cơng đoạn bóc tách cách phần tử sau đó kết nối chúng lại.

3.1.2 In từng chi tiết sau đó lắp ghép

Phương án này tiết kiệm được rất nhiều chi phí do các chi tiết in có kích thước từ vừa đến nhỏ nên không cần phải sử dụng máy in 3D khổ lớn.

Bỏ qua khâu bóc tách các phần tử nên tiết kiệm được thời gian. Các chi tiết có thể khống chế được độ sai số, khiến cho quá trình lắp ráp các chi tiết sau in thuận lợi, ít tốn thời gian hơn.

Thời gian in các chi tiết là khơng dài vì vậy có thể hạ thấp chi phí bỏ ra.

 Phương án 2 có nhiều điểm tối ưu hơn so với phương án một cho nên nhóm em quyết định chọn phương án in từng chi tiết sau đó lắp ghép lại để tiến hành thi cơng mơ hình hộp số.

3.2 Chuẩn bị vật tư, thiết bị 3.2.1 Chuẩn bị máy in 3.2.1 Chuẩn bị máy in

Để tiến hành q trình thi cơng sản phẩm nhóm chúng em sử dụng những loại máy in sau đây:

+ Máy in 3D Creality 3D Ender-3 V-slot Prusa I3 Diy kích thước in 220x220x250mm + Máy in 3D Creality 3D Cr-10S Pro Diy kích thước in 300x300x400mm.

Hình 3.1: Máy in 3D Creality 3D Ender-3 V-slot Prusa I3 Diy

3.2.2 Lựa chọn vật liệu in

Nhóm chúng em lựa chọn vật liệu in là nhựa PLA bới vì đặc tính có nhiều điểm nổi trội so với các loại nhựa khác.

* Một số đặc tính của nhựa PLA:

+ PLA là một loại nhựa nhiệt dẻo. Vì vậy nó có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 190oC –220oC

+ Cũng giống với các loại nhựa nhựa in khác. PLA có khả năng sử dụng tốt cho mọi loại máy in

+ Vật liệu in 3D này cũng có độ đàn hồi khá tốt. Ngồi ra nó cịn có tính mềm, dẻo vượt trội.

+ Màu sắc in của vật liệu này đa dạng. Khách hàng có thể tùy ý lựa chọn sao